基于FGM的湍流射流扩散火焰超大涡模拟

为了研究超大涡模拟(VLES)预测湍流燃烧问题的能力,本文采用VLES结合基于假定概率密度函数的火焰面生成流型(FGM)建表湍流燃烧模型对值班甲烷/空气湍流射流扩散火焰(Sandia Flame D)开展了高精度数值研究,并与实验结果进行了详细比较。结果表明本文发展的VLES-FGM方法可以较准确地预测出湍流射流扩散火焰中的非稳态燃烧过程,且VLES湍流模拟方法对于湍流燃烧问题具有较大的应用潜力。     

两相湍流统一色噪声法概率密度函数模型

统一色噪声近似方法对简单一维色噪声问题研究较为充分, 本文将统一色噪声法应用到高度复杂的多维气固两相湍流系统之中.首先从颗粒运动Langevin方程出发, 利用统一色噪声法获得两相湍流Fokker-Planck方程, 然后以此为基础建立颗粒轨道两阶矩模型.文中建立的新模型成功应用于后台阶两相湍流流场的数值模拟, 预报合理正确.研究表明, 对于多维两相湍流系统, 统一色噪声法仍然行之有效.     

激光拍频信号光子到达时间间隔特性分析

为了得到周期激光拍频信号的频率,从理论上推导了光信号相邻光子到达时间间隔满足的概率密度函数(PDF),以数值计算为基础,对周期性激光拍频信号进行详细分析,得到了稳定光强信号和周期拍频信号光子到达时间间隔PDF曲线形状的差别,从该差别中能够获取信号的拍频频率。设计了验证实验光路系统,采用多像素光子计数器(MPPC)记录光子时间,对6、8、10、12MHz拍频信号进行探测,证明了理论分析的正确性。在光子计数频率为拍频频率1/5的条件下,得到较好的实验结果,估计两光束混合效率为0.65。以暗计数噪声为限制条件,分析了该方法能够探测到的最小拍频频率为0.2333MHz。     

U-RANS／PDF方法计算钝体后漩涡脱落

本研究发展了U-RANS/PDF混合算法研究湍流和化学反应相互作用对燃烧稳定性的影响,采用有限体积和Monte Carlo相结合的方法在非结构网格中求解相容的U-RANS方程和脉动速度-湍流频率-标量的联合PDF方程.本文对钝体火焰驻定器后冷态流场进行了计算,结果表明此混合算法能够捕捉流场中非稳态的漩涡脱落现象.着重研究了湍流频率模型系数的改变对漩涡脱落频率以及拟序结构在动量输运中的作用的影响.     

钝体驻定湍流扩散火焰的数值研究——燃烧模型比较

分别采用标量联合的概率密度函数方法、稳态火焰面模型、Euler非稳态火焰面模型和基于有限体积/Monte Carlo混合算法的完备PDF模型对钝体驻定的Sydney湍流扩散火焰HM1进行数值模拟,以比较不同燃烧模型的性能,并比较标量联合的概率密度函数方法和Euler非稳态火焰面模型对氮氧化物排放预测的差异.计算结果和实验数据的比较表明,采用概率密度函数方法计算化学反应可以得到更好的结果但计算量较大,而用火焰面模型求解计算量较小,在接近完全燃烧的情形下,其计算结果比较合理.     

最大熵法在可靠度计算中的应用

在可靠度计算中,任意对立随机变量往往为不同概率分布,不利于可靠度计算。通常采用正态转换法将其转换成具有统一形式的正态分布,以便进行可靠度计算。但是,正态转换并不能保证原有随机变量概率分布特性,从而一定程度上造成可靠度计算误差。针对上述问题,本文提出在可靠度计算中利用最大熵法将任意随机变量概率密度函数转换成近似精度更高且具有统一标准形式的最大熵概率密度函数(MEPDF),然后提出对应的一阶可靠度计算方法进行可靠度求解,最后通过实例分析证明该方法的有效性。     

U-RANS/PDF方法的并行计算研究

本文对非结构网格中U-RANS/PDF混合方法的并行计算进行了研究,通过对方柱绕流的数值模拟,讨论了并行程序的有效性和计算效率.非结构网格上U-RANS/PDF混合方法的并行计算,提高了PDF方法的计算效率和处理复杂几何结构的能力,使得PDF方法能够方便地应用于实际燃烧问题.     

壁面湍流标度律的PIV实验研究

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层内的自相似标度律在不同的壁面距离的具体表达形式进行了实验研究。在动量损失雷诺数（Reθ=2167）下测量平板湍流边界层内的二维瞬时速度场。应用小波分析和传统统计学方法,在垂直于平板的平面内,对不同法向位置的自相似的标度律的具体形式及其随尺度的变化情况进行考察,并与已知的She-leveque（简称SL）标度律进行比较分析。结果表明,越接近壁面,结构函数的概率密度曲线尾部越宽,表现出逐渐增强的间歇性;并且随着壁面距离的减小,ESS标度律曲线与SL标度律曲线之间的差别也就越大,而新形式标度律曲线则与SL标度律曲线的差别逐渐减小。在提取的结构尺度一样时,结构函数的标度指数随法向位置的不同变化不大,但是随着提取结构尺度的增加,两种形式的标度律适用的尺度范围也在逐渐增大。     

平均最短置信区间的几个结论

本文给出了当枢轴量的概率密度函数分别为单峰函数、严格单调递减和严格递增函数时最短置信区间的几个结论的证明,并利用它们得到了几个具体实例中参数的最短置信区间．     

湍流被动标量研究的最新进展

被动标量场的统计性质, 在湍流理论以及湍流燃烧、污染物防治等工程领域都有非常重要的意义. 最近十几年, 大量的实验测量、数值模拟和理论分析结果表明, 标量场具有很多自身独特的性质, 甚至有些性质并不依赖于速度场本身. 这就促使人们对传统经典理论进行重新认识、修正或者提出新的理论来取代. 本文对标量场的各向异性、标量和标量耗散率的概率密度函数(PDF)、标量场的空间结构及演化过程、还有标量小尺度混合模型等几个方面进行综述.